110kV变电所毕业设计说明书.docx
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110kV变电所毕业设计说明书
110kV变电所毕业设计说明书
前言
第一章电气主接线选择
第二章变压器的选择
第三章短路电流计算
第四章电气设备选择
第五章所用电的选择
第六章防雷规划
第七章直流系统
第八章继电保护配置
第九章电缆基础设施
第十章 工程投资估算
第十一章 参考文献
第十二章 英文资料翻译
附图1:
电气主接线图
附图2:
继电保护配置图
前言
本毕业设计为兰州理工大学二○○二级电力系统及自动化专业(专科)毕业设计,设计题目为:
110KV变电站(电气部分)设计。
此设计任务旨在体现我们小组对本专业各科知识的掌握程度,培养我们小组各成员对本专业各科知识进行综合运用的能力,同时检验本专业学习四年以来的学习结果。
首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数,分析负荷发展趋势。
从负荷增长方面阐明了建站的必要性,然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑,并通过对负荷资料的分析,安全,经济及可靠性方面考虑,确定了110kV,35kV,10kV以及站用电的主接线,然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数,容量及型号,同时也确定了站用变压器的容量及型号,最后,根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果,对高压熔断器,隔离开关,母线,绝缘子和穿墙套管,电压互感器,电流互感器进行了选型,从而完成了110kV电气一次部分的设计。
设计小组共有19人组成,在设计过程中,各成员进行了分工共同学习,分工协作,查阅大量相关技术资料,经多次修改,形成设计稿。
小组设计学员有:
。
一、主要设计技术原则
本次110KV变电站的设计,经过四年的专业课程学习,在已有专业知识的基础上,了解了当前我国变电站技术的发展现状及技术发展趋向,按照现代电力系统设计要求,确定设计一个110KV综合自动化变电站,采用微机监控技术及微机保护,一次设备选择增强自动化程度,减少设备运行维护工作量,突出无油化,免维护型设备,选用目前较为先进的一、二次设备。
将此变电站做为一个枢纽变电站考虑,三个电压等级,即110KV/35KV/10KV。
设计中依据《变电所总布署设计技术规程》、《交流高压断路器参数选用导则》、《交流高压断路器订货技术条件》、《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》、《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程》、《高压配电装置设计技术规程》、《110KV-330KV变电所计算机监控系统设计技术规程》及本专业各教材。
二、设计任务:
随着国民经济的发展,工农业生产的增长需要,迫切要求增长供电容量,拟新建武南变电所。
1.实测待建的变电所各电压级负荷数据,回路数,同时率见表4,武南变电所每年负荷增长率5%,需考虑五年近期发展计划。
变电所总负荷:
S110=Ki(S35+S10)(1+5%)5
2.电力系统各厂、所、输电线等主设备的技术参数见表1、2、3、5。
三、其它原始资料:
所址地形地势平坦,土石方开挖较少,土壤电阻率为1.5X104欧姆.厘米,地处海拔1600米,高于百年一遇最高洪水位。
该地区气候,平均气温15。
C最高气温35。
C,最低气温-20。
C。
交通,新建武南变电所西侧有一条国家二级公路,进所公路为0.4公里。
水源:
新建武南变电所附近有河流,供水方便,水量充足。
1、设计内容:
a) 变电所接入系统及用户供电线路设计:
根据待建变电所供用电用户总负荷、用电用户对变电所供电可靠性要求与系统接入点的距离,确定待建变电所接入系统的方式、线路电压等级、回路数、导线规格。
分析各用户对供电不中断可靠性的要求,确定各用户供电线路方案:
回路数、导线规格。
b) 变电所电气主接线和所用电设计
拟定满足供电可靠性,运行灵活性要求的主变比较,确定待建变电所的主变方案。
对技术上满足要求的主变方案通过经济比较,确定待建变电所的主变方案。
根据所确定的主变方案和进出线回路数,通过技术比较,论证,确定待建变电所各电压等级的主接线方式。
确定待建变电所所用电方案——所用变压器台数、型号、容量和所用电接线方式(所用电负荷按0.1%变电所容量计)。
2、短路电流计算
(1) 为保证变电所所选用的电器设备,在短路故障状态时的安全,采用三相短路时的电流进行校验。
(2) 三相短路电流的计算,采用标幺值和运算曲线,分别计算0秒、0.1秒、4秒时的值,并进而计算短路电流的最大值ich、0.1秒短路容量Sd(0.1s)和4秒短路容量Qd(4s)作为电气设备动稳定、切断容量、热稳定的校验。
3、选择变电所电气设备
选择变电所110KV、35KV、10KV的断路器、隔离开关、母线、电流互感器、电压互感器避雷器及中性点接地设备。
4、配置变电所保护方式。
四、设计要求
1. 设计及计算说明书
(1)说明书要求书写整齐,条理分明,表达正确、语言正确。
(2)计算书内容:
为各设计内容最终成果的确定提供依据进行的技术分析、论证和定量计算,如供电线路导线的选择、短路电流的计算、电气设备选择、及继电保护的配置等。
(3)计算书要求:
计算无误,分析论证过程简单明了,各设计内容列表汇总。
2.图纸
(1) 绘制变电所电气主接图一张(A1纸)和变电所继电保护配置图2张(A4纸)。
(2) 图纸要求:
用标准符号绘制,布置均匀,设备符号大小合适,清晰美观。
表1发电机主要参数
厂名
机号
型号
P0(MW)
U0(KV)
COSφ
Xd*″
南营火电站
#1-2
QFS-50-2
50
10.5
0.8
0.226
刘沛火电站
#1-2
QFQ-50-2
50
10.5
0.8
0.199
大河火电站
#1-2
QFS-50-2
50
10.5
0.8
0.226
系统
表2(a)主变压器主要技术参数
厂所名
台数
型号
容量比(MVA)
短路电压百分比
空载电流(%)
UⅠ-Ⅱ(%)
UⅠ-Ⅲ(%)
UⅡ-Ⅲ(%)
南营火电站
2
SSPL1-60/110
60
10.5
0.85
凉州变
1
SSPLQ1-60/110
60/60/30
17.5
10.5
6.5
0.8
发放变
2
OSFPSL-120/220
120/120/60
8.4
29
18.4
0.178
刘沛火电站
2
SSPL1-60/110
60
10.5
0.8
武威变
2
SSPL-60/110
60/60/30
17.5
10.5
6.5
0.8
大河火电站
2
SSPL1-60/110
60
10.5
0.85
黄羊变
1
SSPL1-60/110
60/60/30
17.5
10.5
6.5
0.8
武南变
2
自选
表2(b)主变压器主要技术参数
厂所名称
损耗(KW)
110KV侧
空载
高-低
中-低
高-低
总计
最大负荷
最小负荷
南营火电站
130
310
是最大负荷的80%
凉州变
53
350
255
300
50+j24
发放变
130.7
465
258
276
90+j75
刘沛火电站
130
310
武威变
53
350
255
300
90+j72
大河火电站
130
310
黄羊变
53
350
255
300
45+j35
表3主变压器高压侧实际电压
发电厂名称
110KV侧实际电压
Umax
Umin
南营火电站
115
110
刘沛火电站
115
110
大河火电站
113
112
系统(发放变220KV)
230
220
表4待建武南变电所各电压级负荷数据
电压等级
线路标号
最大负荷(MW)
功率因数
负荷级别
甲
乙
丙
丁
35KV
A所
15
14
13
14.5
0.85
2
同时率
K1=0.9
Tmax=5000
小时
B所
11.5
12
11
12
0.8
2
C所
10
10
8
7
0.8
2
造纸厂
8
8.5
8
9
0.8
1
化工厂
15
15
11
10
0.8
1
医院
11.5
12
4
5
0.85
1
10KV
站甲
2
1.3
2
2
0.9
1
同时率
K1=0.85
Tmax=3500
小时
站乙
1.5
1.9
2.3
1.7
0.9
2
毛纺厂
1
0.8
0.9
1.1
0.9
2
水泥厂
1.2
1
0.9
1.3
0.9
2
纺织厂
0.8
0.8
0.8
0.9
0.9
2
水厂
2
1.5
1.9
2.2
0.9
1
方案
分配
方案
1
2
3
4
5
6
7
8
35KV
甲
乙
丙
丁
甲
乙
丙
丁
10KV
甲
乙
丙
丁
丁
丙
乙
甲
表5线路参数
起址厂所
长度(Km)
型号
黄-大
70
LGJ-240
黄-城
50
城-凉
60
城-发
50
凉-南
50
LGJ-150
凉-发
55
LGJ-240
发-武
60
LGJ-185
武-刘
80
LGJQ-300
发-系统
100
LGJ-400
第一章 电气主接线选择
现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。
各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。
其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身,同时也影响到工农业生产和人民日常生活。
因此,发电厂、变电站主接线应合理。
一、主接线的设计依据:
1. 变电所在电力系统中的地位和作用。
2. 变电所的分期和最终建设规模。
3. 负荷的大小和重要性,一级负荷必须设两个独立电源供电;二级负荷一般也设两个独立电源供电;三级负荷一般只设一个电源供电。
4. 系统备用容量大小。
5. 系统专业对电气主接线提供的具体资料。
二、主接线的设计原则:
1. 接线方式。
2. 主变压器的选择。
3. 断路器的设置。
三、主接线设计的基本要求:
1运行的可靠
断路器检修时是否影响供电;设备和线路故障检修时,停电数目的多少和停电时间的长短,以及能否保证对重要用户的供电。
2具有一定的灵活性
主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式,达到调度的目的,而且在各种事故或设备检修时,能尽快地退出设备。
切除故障停电时间最短、影响范围最小,并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。
3操作应尽可能简单、方便
主接线应简单清晰、操作方便,尽可能使操作步骤简单,便于运行人员掌握。
复杂的接线不仅不便于操作,还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。
但接线过于简单,可能又不能满足运行方式的需要,而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。
4经济上合理
主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上,还应使投资和年运行费用小,占地面积最少,使其尽地发挥经济效益。
5应具有扩建的可能性
由于我国工农业的高速发展,电力负荷增加很快。
因此,在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。
变电站电气主接线的选择,主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。
四、高压配电装置的基本接线及适用范围
1.单母接线的优缺点:
优点:
接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。
缺点:
不够灵活可靠,任意元件故障或检修,均须使整个配电装置停电。
单母线可用隔离开关分段,但当一段母线故障时,全部母线仍需短时停电,在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。
适用范围:
一般只适用于一台发电机和一台主变压器以下三种况:
1)、6-10KV配电装置的出线回路数不超过5回;
2)、35-63KV配电装置的出线回路数不超过3回;
3)、110-220KV配电装置的出线回路数不超过2回。
2、单母分段接线的优缺点:
优点:
1)、用断路器把母线分段后,对重要用户可以从不同断引出两个回路由两个电源供电。
2)、当一段母线发生故障,分开母联断路器,自动将故障隔离,保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
缺点:
1)、当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,该段母线的回路都要在检修期间内停电。
2)、当出现为双回路时,常使架空线路出现交叉跨越。
3)、扩建时需向两个方向均衡扩建。
适用范围:
1)、6-10KV配电装置出线回路数为6回及以上时。
2)、35-63KV配电装置出线回路数为4-8回时。
3)、110-220KV配电装置出线回路数为4-8回时。
3、双母线接线优缺点:
优点:
1)、供电可靠。
。
通过两组母线隔离开关得到换操作,可以轮流检修一组母线而不致使供电一组母线故障后,能迅速恢复供电;检修任一回路的母线隔离开关,只停该回路。
2)、调度灵活。
各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上,能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。
3)、扩建方便。
向双母线的任何一个方向扩建,均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配,不会引起原有回路的停电。
当有双架空线路时,可以顺序布置,以致连接不同的母线段时,不会如单母分段那样导致出线交叉跨越。
4)、便于试验。
当个别回路需要单独进行试验时,可将该回路断开,单独接至一组母线上。
缺点:
1)、增加一组母线时每回路就需要增加一组母线隔离开关。
2)、当母线故障或检修时,隔离开关作为倒换操作电器,容易误操作。
为了避免隔离开关误操作,需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。
适用范围:
当出线回路数和母线上的电源较多、输送和穿越功率较大、母线故障后要求迅速恢复供电、母线或母线设备检修时不允许影响对用户的供电、系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用,各级电压采用的具体条件如下:
1)6~10KV配电装置,当短路电流较大、出线需要带电抗器时。
2)35~63KV配电装置,当出线回路数超过8回时;或连接的电源较多、负荷较大时。
3)110~220KV配电装置出线回路数为5回及以上时;或当110~220KV配电装置在系统中居重要地位,出线回路数为4回及以上时。
4.带旁路母线的单母线分段接线优缺点:
当检修短路器时,将迫使用户停电。
尤其是电压为35KV以上的线路输入电功率较大,短路器检修需要时间较长,会带来较大的经济损失,为此可增设旁路母线,可以保证重要用户的供电。
适用范围:
当110KV出现在6回及以上时,220KV在4回及以上时,宜采用带专用旁路断路器的旁路母线,在不允许停电检修断路器的殊殊场合下设置旁路母线。
五.经济技术分析
根据以上经济技术分析:
(1)110KV母线选择双母线接线。
由于所共35KV和10KV都为Ⅰ、Ⅱ类负荷供电要求高,为了保证供电的可靠性和灵敏性所以选择双母线接线形式;
(2)35KV选择单母分段接线。
对于35KV电压侧,因为待建变电所35KV有Ⅰ、Ⅱ类负荷。
Ⅰ类负荷50%,Ⅱ类负荷50%,供电可靠性要求很高,同时全部采用双回线供电,为满足供电的可靠性和灵活性,应选择单母分段接线形式;
(3)10KV选择单母线分段接线。
因为待建变电所10KV出线有Ⅰ、Ⅱ类负荷。
Ⅰ类负荷33%,Ⅱ类负荷67%,供电可靠性要求较高,同时负荷采用双回线供电且采用手车式开关柜,所以单母分段接线可以满足要求,为满足供电的可靠性和灵活性,应选择单母分段接线形式。
根据设计资料提供的电力系统接图1,选择由发放变接引110KV两回主供线路供电,同时由110KV黄羊变和110KV凉州变分别接引110KV备用线路一回。
当发放变故障时可投入110KV黄羊变或110KV凉州变线路,从而提高本变电站的供电可靠性。
第二章变压器的选择
一、 主变压器选择
1.选择原则
1) 为保证供电可靠性,在变电所中,一般装设两台主变压器;
2) 为满足运行的灵敏性和可靠性,如有重要负荷的变电所,应选择两台三绕组变压器,选用三绕组变压器占的面积小,运行及维护工作量少,价格低于四台双绕组变压器,因此三绕组变压器的选择大大优于四台双绕组变压器;
3) 装有两台及以上主变压器的变电所,其中一台事故后其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的70%以上,并保证用户的一级和二级全部负荷的供电。
2.变电所主变压器台数的确定
主变台数确定的要求:
1).对大城市郊区的一次变电站,在中、低压侧已构成环网的情况下,变电站以装设两台主变压器为宜。
2).对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站,在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。
考虑到该变电站为一重要中间变电站,与系统联系紧密,且在一次主接线中已考虑采用双母线接线的方式。
故选用两台主变压器,并列运行且容量相等。
3.变电所主变压器容量的确定
主变压器容量确定的要求:
1).主变压器容量一般按变电站建成后5~10年的规划负荷选择,并适当考虑到远期10~20年的负荷发展。
35KV系统
10KV系统
S甲=86.81MVA
S甲=9.44MVA
S乙=87.47MVA
S乙=8.11MVA
S丙=67.51MVA
S丙=9.78MVA
S丁=70.41MVA
S丁=13.43MVA
故35KV选择S丙方案,10KV选择S乙方案。
变电所总负荷:
S110=Ki(S35+S10)×(1+5%)5
=(0.9×67.5+0.85×8.11)×(1+5%)5
=86.57MVA
主变容量:
S总=86.57×70%=60.6MVA
2).根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。
对于有重要负荷的变电站,应考虑当一台主变压器停运时,其余变压器容量在设计及过负荷能力后的允许时间内,应保证用户的一级和二级负荷:
对一般性变电站停运时,其余变压器容量就能保证全部负荷的60~70%。
S总=60.6MVA由于上述条件所限制。
故选两台63000KVA的主变压器就可满足负荷需求。
4.变电站主变压器型式的选择
具有三种电压等级的变电站中,如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷,但在变电站内需装设无功补偿设备时,主变压器采用三饶组。
而有载调压较容易稳定电压,减少电压波动所以选择有载调压方式,且规程上规定对电力系统一般要求10kV及以下变电站采用一级有载调压变压器。
故本站主变压器选用有载三圈变压器。
我国110kV及以上电压变压器绕组都采用Y0连接;35kV采用Y0连接,其中性点多通过消弧线圈接地。
35kV以下电压变压器绕组都采用
连接。
故主变参数如下:
型号及容量
(KVA)
额定电压
高/中/低
(KV)
连接组别
损耗(KW)
阻抗电压U(%)
空载电流
(%)
重量
(t)
空载
短路
高中
高低
中低
84.7
高中
高低
中低
SFSZ7-63000
110±8×1.25%
/38.5/11
Y0/Y0/Δ-
12-11
350
300
255
10.5
17.5
6.5
1.2
40.5
第三章短路电流计算
短路是电力系统中最常见的且很严重的故障。
短路故障将使系统电压降低和回路电流大大增加,它不仅会影响用户的正常供电,而且会破坏电力系统的稳定性,并损坏电气设备。
因此,在发电厂变电站以及整个电力系统的设计和运行中,都必须对短路电流进行计算。
短路电流计算的目的是为了选择导体和电器,并进行有关的校验。
按三相短路进行短路电流计算。
可能发生最大短路电流的短路电流计算点有3个,即110KV母线短路(K1点),35KV母线短路(K2)点,10KV母线短路(K3点)。
一.110KV短路电流计算
X1*=Xd*″·(Sj/PN)COSф
=0.199×(100×0.8)/100=0.1592
X2*=X3*=(UK1%/100)×(Sj/SN)
=(10.5÷100)×(100÷60)=0.175
X4*=X5*=0.4L×(Sj/Uj2)
=0.4×80×(100/1152)=0.242
X6*=0.4L×(Sj/Uj2)
=0.4×60×(100/1152)=0.181
X7*=Xd*″·(Sj/PN)COSф
=0.226×(100×0.8)/100=0.181
X8*=X9*=(UK1%/100)×(Sj/SN)
=(10.5÷100)×(100÷60)=0.175
X10*=X11*=0.4L×(Sj/Uj2)
=0.4×50×(100÷1152)=0.151
X12*=0.4L×(Sj/Uj2)
=0.4×55×(100÷1152)=0.166
X13*=X14*=0.4L×(Sj/Uj2)
=0.4×100×(100÷2302)=0.0756
X15*=1/200×(UdI-Ⅱ+UdI-Ⅲ-UdⅡ-Ⅲ)×100/120
=1/200×(8.4+29-18.4)=0.0792
X16*=1/200×(UdI-Ⅱ+UdⅡ-Ⅲ-UdI-Ⅲ)×100/120
=1/200×(8.4+18.5-29)×100/120=0
X17*=X18*=0.4L1×(Sj/Uj2)
=0.4×50×(100÷1152)=0.151
X19*=X20*=1/200×(UdI-Ⅲ+UdⅡ-Ⅲ-UdI-Ⅱ)×100/63
=1/200×(17.5+6.5-10.5)×100/63=0.107
X21*=X22*=1/200×(UdI-Ⅱ+UdI-Ⅲ-UdⅡ-Ⅲ)×100/63
=1/200×(17.5+10.5-6.5)×100/63=0.1706
X23*=X24*=1/200×(UdI-Ⅱ+UdⅡ-Ⅲ-UdI-Ⅲ)×100/63
=1/200×(10.5+6.5-17.5)×100/63=0
X∑1*=X1*+X2*∥X3*+X4*∥X5*+X6*
=0.1592+0.175/2+0.242/2+0.181=0.5487
X∑
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